重庆科创职业学院(2014)第5章 电容滤波不可控整流及功率因素

5.1电容滤波的不可控整流电路5.1.1电容滤波的单相不可控整流电路5.1.2电容滤波的三相不可控整流电路5.1电容滤波的不可控整流电路在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大量应用。最常用的是单相桥和三相桥两种接法。由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。5.1.1电容滤波的单相不可控整流电路常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微机、电视机等家电产品中。1）工作原理及波形分析图2-26

电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a)电路

b)波形基本工作过程：在u2正半周过零点至wt=0期间，因u2<ud，故二极管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流。至wt=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。b)0iudqdp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud5.1.1电容滤波的单相不可控整流电路2)主要的数量关系

输出电压平均值

电流平均值

输出电流平均值IR为：IR=Ud/R

Id=IR

二极管电流iD平均值为：ID=Id/2=IR/2

二极管承受的电压

（2-47）（2-48）（2-49）空载时，。重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。在设计时根据负载的情况选择电容C值，使,此时输出电压为：Ud≈1.2U2。（2-46）5.1.1电容滤波的单相不可控整流电路

感容滤波的二极管整流电路实际应用为此情况，但分析复杂。ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。图2-29

感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a）电路图b）波形a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud5.1.2电容滤波的三相不可控整流电路1）基本原理某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。图2-30

电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt电流id

断续和连续的临界条件wRC=在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R=/wC。由“电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在wt+d=2p/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有图2-31电容滤波的三相桥式整流电路当wRC等于和小于时的电流波形a）wRC=

b）wRC<由上式可得（2-50）a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO5.1.2电容滤波的三相不可控整流电路考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况：电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。图2-32

考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形a）电路原理图b）轻载时的交流侧电流波形

c）重载时的交流侧电流波形b)c)iaiaOO

tt2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路2)主要数量关系（1）输出电压平均值

Ud在（2.34U2~2.45U2）之间变化（2）电流平均值

输出电流平均值IR为：IR=Ud/R

（2-51）与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，因此：Id=IR

（2-52）二极管电流平均值为Id的1/3，即：ID=Id/3=IR/3

（2-53）（3）二极管承受的电压

二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为。

5.2.1谐波和无功功率分析基础1）谐波对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：电流谐波总畸变率THDi（TotalHarmonicdistortion）定义为

（2-58）正弦波电压可表示为：基波（fundamental）——频率与工频相同的分量谐波——频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数——谐波频率和基波频率的整数比5.2.1谐波和无功功率分析基础2）功率因数正弦电路中的情况电路的有功功率就是其平均功率：（2-59）视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI

（2-60）无功功率定义为：Q=UIsinj

（2-61）功率因数l定义为有功功率P和视在功率S的比值：（2-62）此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：（2-63）功率因数是由电压和电流的相位差j决定的：l=cosj

（2-64）5.2.1谐波和无功功率分析基础非正弦电路中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式定义。不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。非正弦电路的有功功率：P=UI1

cosj1